长距离卫星链路上基于纠缠的量子密钥分发的物理极限
信号处理
2025-06-27 v1
摘要
基于纠缠的量子密钥分发（QKD）协议（如 E91 和 BBM92）提供了强大的信息论安全性，且天然适用于星间 QKD（SatQKD）链路。然而，在长距离星间自由空间光（FSO）信道上实现这些协议会带来现有文献中未涉及的关键物理层挑战。特别是，由光束发散、指向误差和背景噪声引起的光子损失会严重降低密钥生成率和量子比特错误率（QBER），尤其是在窄接收机视场（FoV）约束下。本文对基于纠缠的星间 QKD 进行了全面的性能分析，重点关注光子级建模和实际损伤的影响。我们推导了信号检测概率、背景光子影响、多对发射和 QBER 的解析表达式，其中纳入了链路距离、发射机跟踪抖动、接收机失准和光子对生成率等关键参数。仿真结果揭示了系统性能对跟踪误差和 FoV 限制的非线性敏感性，并突出了在保持 QBER 低于可接受阈值的同时联合最大化密钥率的最优参数区间。所提出的模型为可靠、高效地部署基于纠缠的 SatQKD 系统提供了可操作的设计见解。
引用
@article{arxiv.2506.20798,
title = {Physical Limits of Entanglement-Based Quantum Key Distribution over Long-Distance Satellite Links},
author = {Mohammad Taghi Dabiri and Mazen Hasna and Saif Al-Kuwari and Khalid Qaraqe},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.20798},
year = {2025}
}